Algunos espermatozoides “envenenan” a sus competidores para superarlos

Un equipo de investigadores de Alemania describió cómo el factor genético haplotipo-t promueve el éxito de la fertilización de los espermatozoides que lo portan

Un equipo de investigación de Berlín, en Alemania, demostró en ratones que la capacidad de los espermatozoides para moverse progresivamente depende de una proteína que mejora la competitividad de los espermatozoides individualmente, mientras que cuando tiene poca presencia puede causar infertilidad.

Es literalmente una carrera por la vida cuando millones de ellos nadan hacia el óvulo para fertilizarlo. La investigación demuestra que no solo no es la suerte la que decide qué espermatozoide tiene éxito sino que existen diferencias en la competitividad entre los individuales.

En los ratones, un segmento de ADN “egoísta” y de origen natural rompe las reglas estándar de la herencia genética y otorga una tasa de éxito de hasta 99% a los espermatozoides que lo contienen.

Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Genética Molecular describe cómo el factor genético llamado haplotipo-t promueve el éxito de la fertilización de los espermatozoides que lo portan.

Los investigadores demostraron por primera vez de forma experimental que los espermatozoides con el haplotipo-t son más progresivos, es decir, avanzan más rápido que sus pares “normales” y, por lo tanto, establecen su ventaja en la fertilización.

Lo más importante es que vincularon las diferencias de motilidad con la molécula RAC1. Este interruptor molecular transmite señales del exterior de la célula al interior activando otras proteínas. Se sabe que la molécula participa en la dirección, por ejemplo, de glóbulos blancos o células cancerosas hacia células que exudan señales químicas.

Los nuevos datos sugieren que RAC1 también podría desempeñar un papel en la dirección de los espermatozoides hacia el óvulo, “olfateando” su camino hacia su objetivo.

“La competitividad de los espermatozoides individuales parece depender de un nivel óptimo de RAC1 activo; la actividad de RAC1 tanto reducida como excesiva interfiere con el movimiento hacia adelante efectivo”, explica Alexandra Amaral, científica del Mpimg y primera autora del estudio.

“Los espermatozoides con el haplotipo-t logran desactivar los espermatozoides sin él. El truco es que el haplotipo-t envenena todos los espermatozoides, pero al mismo tiempo produce un antídoto, que actúa solo en los espermatozoides t y los protege”, explicó Bernhard Herrmann, director del Mpimg y del Instituto de Genética Médica de Charité – Universitätsmedizin y autor correspondiente del estudio.

Como descubrieron él y sus colegas, el haplotipo-t contiene ciertas variantes genéticas que distorsionan las señales reguladoras. Estos factores de distorsión se establecen en la fase temprana de la espermatogénesis y se distribuyen a todos los espermatozoides de un ratón portador del haplotipo-t. Estos factores son el “veneno” que perturba el movimiento progresivo.

El “antídoto” entra en acción después de que el conjunto de cromosomas se divide uniformemente entre los espermatozoides durante su maduración; cada espermatozoide ahora contiene solo la mitad de los cromosomas. Solo la mitad de ellos con el haplotipo-t produce un factor adicional que revierte el efecto negativo de los factores distorsionadores. Y este factor protector no se distribuye, sino que se retiene en el esperma t.

En el esperma de ratones machos con el haplotipo-t solo en uno de sus dos cromosomas 17, los investigadores observaron que algunas células avanzan y otras progresan poco. Probaron espermatozoides individuales y descubrieron que los espermatozoides genéticamente “normales” son los que en su mayoría no se mueven directamente.

Cuando trataron la población mixta de espermatozoides con una sustancia que inhibe RAC1, observaron que los espermatozoides genéticamente “normales” ahora también podían nadar progresivamente. La ventaja de los espermatozoides t desapareció, lo que demuestra que la actividad aberrante de RAC1 perturba la motilidad progresiva.

Los resultados explican por qué los ratones machos con dos copias del haplotipo-t, una en cada uno de los dos cromosomas 17, son estériles. Producen solo espermatozoides que portan el haplotipo-t. Estas células tienen niveles mucho más altos de RAC1 activo que el esperma de ratones genéticamente normales, como descubrieron ahora los investigadores, y son casi inmóviles.

Pero los espermatozoides de ratones normales tratados con el inhibidor RAC1 también perdieron su capacidad de moverse progresivamente. Por tanto, una actividad de RAC1 demasiado baja también es desventajosa. La actividad aberrante de RAC1 también podría estar subyacente a formas particulares de infertilidad masculina en los hombres, especulan los investigadores.

“Nuestros datos destacan el hecho de que los espermatozoides son competidores despiadados”, resalta Herrmann. Además, el ejemplo del haplotipo-t demuestra cómo algunos genes usan trucos algo sucios para transmitirse. “Las diferencias genéticas pueden dar a los espermatozoides individuales una ventaja en la carrera por la vida, promoviendo así la transmisión de variantes genéticas particulares a la próxima generación”, añadió el científico. Por Europa Press

One genetic factor helps sperm outperform their peers – ScienceDaily

The competition between the sperm is fierce – everyone wants to reach the egg first in order to fertilize it.

A Berlin research team is now showing in mice that the ability of sperm to move progressively depends on the RAC1 protein. Optimal amounts of active protein improve individual sperm competitiveness, while aberrant activity can lead to male infertility.

It is literally a race for life when millions of sperm swim towards the eggs to fertilize them. But does sheer luck decide which sperm is successful? As it turns out, there are differences in competitiveness between individual sperm cells. In mice, a “selfish” and naturally occurring segment of DNA violates the standard rules of genetic inheritance ̵ 1; and gives sperm containing it a success rate of up to 99 percent.

A research team from the Max Planck Institute for Molecular Genetics in Berlin describes how the genetic factor “t-haplotype” promotes the fertilization success of sperm.

For the first time, the researchers showed experimentally that sperm with the t-haplotype are more progressive, ie move forward faster than their “normal” colleagues, and thus determine their advantage in fertilization. The researchers analyzed individual sperm and found that most cells that made little progress on their way were genetically “normal”, while sperm that were moving in the process mostly contained the t-haplotype.

Most importantly, they linked the differences in motility to the RAC1 molecule. This molecular switch transmits signals from outside the cell to the inside by activating other proteins. It is known that the molecule is involved, e.g. For example, direct white blood cells or cancer cells to cells that emit chemical signals. The new data suggest that RAC1 may also play a role in directing sperm towards the egg and “sniffing” its way to its destination.

“The competitiveness of individual sperm seems to depend on an optimal level of active RAC1. Both reduced and excessive RAC1 activity impair effective forward movement,” says Alexandra Amaral, scientist at the MPIMG and lead author of the study.

T-sperm poison their competitors
“Sperm with the T-haplotype can deactivate sperm without the T-haplotype,” says Bernhard Herrmann, Director at the MPIMG and at the Institute for Medical Genetics of the Charité – Universitätsmedizin Berlin and corresponding author of the study. “The trick is that the T-haplotype” poisons “all sperm, but at the same time produces an antidote that only works and protects T-sperm,” explains the scientist. “Imagine a marathon where all participants were given poisoned drinking water, but some runners also took an antidote.”

As he and his colleagues found out, the t-haplotype contains certain gene variants that distort regulatory signals. These distortion factors are determined in the early phase of spermatogenesis and distributed to all sperm cells of a mouse bearing the t-haplotype. These factors are the “poison” that interferes with progressive movement.

The “antidote” comes into effect after the set of chromosomes has been evenly divided between the sperm during its maturation – each sperm cell contains only half of the chromosomes. Only half of the sperm with the t-haplotype produce an additional factor that reverses the negative effect of the distortion factors. And this protective factor is not distributed, but retained in the t-sperm.

T-sperm have no benefit when they are alone
In sperm from male mice with the t-haplotype on only one of their two chromosomes 17, the researchers observed that some cells move forward and others make little progress. They tested individual sperm cells and found that the genetically “normal” sperm cells usually do not move straight. When they treated the mixed sperm population with a substance that inhibits RAC1, they found that genetically “normal” sperm can now swim progressively. The benefit of t-sperm was gone, showing that aberrant RAC1 activity disrupts progressive motility.

The results explain why male mice with two copies of the t-haplotype, one on each of two chromosomes 17, are sterile. They only produce sperm that have the T haplotype. These cells have much higher amounts of active RAC1 than sperm from genetically normal mice, as the researchers have now found, and are virtually immobile.

However, sperm from normal mice treated with the RAC1 inhibitor also lost their ability to move progressively. Thus, too little RAC1 activity is also disadvantageous. Aberrant RAC1 activity could also underlie certain forms of male infertility in men, the researchers speculate.

“Our data underline the fact that sperm are ruthless competitors,” says Herrmann. Additionally, the T haplotype example shows how some genes use some dirty tricks to get passed down. “Genetic differences can give individual sperm an advantage in the race for life and thus promote the transmission of certain gene variants to the next generation,” says the scientist.